NB-IoT物聯網系統重選優化方法研究

張 峰

中郵建技術有限公司

0 引言

NB-IoT是一種基于蜂窩的窄帶物聯網技術，它是低功耗廣域網（Low Power Wide Area Network，簡稱LPWA）技術的一種標準，并由3GPP（第三代合作伙伴計劃 國際標準組織）負責其標準化制定工作。

NB-IoT主要應用于低吞吐量、能容忍較大時延且低移動性的場景，如智能電表、遙感器和智能建筑等。NB-IoT可直接部署于已有的GSM或LTE網絡中，即可復用現有基站以降低部署成本，實現平滑升級。

NB-IoT終端的主要應用場景皆屬于低移動性場景，為了兼顧NB-IoT的低復雜度與低成本的需求，在R13中將切換（Handover）流程給移除了。目前，NB-IoT 終端在不同的基站間移動時，先進行RRC連接的釋放，然后同新的基站建立RRC連接。

1 NB-IoT重選技術簡介

對NB-IoT來說，目前的移動性管理是通過重選進行的。但NB-IoT中，小區重選的機制進行了相應的簡化處理。由于NB-IoT終端不支持緊急撥號的功能，所以當NB-IoT終端無法找到合適覆蓋小區時，該NB-IoT終端不會暫時駐扎（Camp）在Acceptable Cell，取而代之的是持續搜尋直到找到Suitable Cell為止（根據3GPP TS 36.304規格的定義，所謂的Suitable Cell為可以提供正常服務的Cell，而Acceptable Cell為僅能提供緊急服務的Cell）。

小區重選的主要執行者是終端，重選整個過程網絡側的設備并不參與，所以重選性能的評估及重選問題的發現只能通過路測進行。NB-IoT的小區重選遵循R準則，具體計算公式如下：

Rs= Qmeas,s+ QHyst- Qoあsettemp Rn= Qmeas,n- Qoあset-Qoあsettemp

表1 NB-IoT重選參數

NB-IoT中Qoあset只針對異頻重選的頻點而言，同頻重選不再有小區偏置。

UE對滿足S準則的所有測量到的小區按照如上R準則進行排序，如果排序為最好的小區不是當前的服務小區，且滿足如下兩個條件，則觸發小區重選（重選到該排序最好的小區）。

（1）新小區比原服務小區的質量好的時長超過Treselection。

（2）UE在原服務小區的駐留時長超過1s。如果在重選過程中找不到合適的小區，則UE進入任何小區選擇狀態。

2 NB-IoT重選原則

NB-IoT小區在重選之前，必須先進行鄰區測量，鄰區測量必須滿足一定的條件。隨著UE成功進入小區駐留狀態，當前只有滿足同頻/異頻測量規則時，才對鄰區進行測量與顯示，而不會實時對鄰區進行測量與顯示。下圖是路測軟件中顯示的小區重選相關參數，通過系統消息3下發。

圖1 路測軟件信令截圖

系統消息3下發重選門限參數：當前配置下當服務小區RSRP小于等于-65×2+30×2= -70 才啟動對鄰區進行測量；RRC層通過RSRP測量結果計算Srxlev，并將該值與同頻/非同頻測量啟動門限Sintrasearch和Snonintrasearch進行比較，作為是否啟動鄰小區測量的判決條件之一。整個流程如下圖所示：

圖2 小區重選流程

（1）UE在進行小區重選時，根據當前服務小區的信號質量對鄰區進行測量，當前服務小區Srxlev的計算公式與小區選擇S準則中公式Srxlev = Qrxlevmeas-Qrxlevmin-Pcompensation–Qoあsettemp相同。

（2）當前信號質量Srxlev的計算公式中Qrxlevmin用的是在SIB1中廣播的小區最低接收電平值，通過參數CellSel.QRxLevMin配置，不使用SIB3、SIB5中Qrxlevmin。

（3）該終端判斷是否需要進行異頻測量時，實際條件與特性文檔略有差異：

1）當Srxlev≥SnonIntraSearchP時，不對異頻鄰區測量；當Srxlev

2）當同頻測量門限s-IntraSearchP與異頻測量門限s-NonIntraSearch不變時，提高參數CellResel.QRxLevMin配置的同頻鄰區最低接收電平值或提高EutranInterNFreq.QRxLevMin配置的異頻鄰區最低接收電平值，并不能使NB-IoT同頻、異頻鄰區測量提前啟動；提高參數CellSel.QRxLevMin配置的最低接收電平值才能使NB-IoT同頻、異頻鄰區測量更早啟動，但這將使小區選擇的要求變高。

3 典型案例

3.1 某市重選參數設置不合理導致NB-IoT測試SINR差

（1）問題描述

某市在進行性能測試時，發現由于重選異常導致整體SINR值偏低。

（2）問題分析

選取某市某特定區域作為組網驗證區域，涉及NB站點40個，102個扇區。規劃測試路線60km，測試時長3小時。測試配置使用高通芯片鼎利終端、Pioneer測試軟件。測試過程中發現部分路段存在重選不及時導致測試路段SINR差，甚至脫網情況出現。

圖3 某市測試問題圖

NB-IoT重選不及時分析：從鼎利軟件解析上來看，空口采集的測試LOG中，重選過程服務小區SINR低，在重選過程中及重選后有幾個點重復讀取該值。如圖中重選過程中03∶50∶17.579 到 03∶50∶19.202 時間段內 2s多持續記錄 SINR 值保持上一次重選完成后的測量值。與鼎利廠家確認終端上報機制：在終端重選后的低S I N R采樣，在Pioneer軟件上數據解析采用繼承機制，即終端天線端口上報數據的頻率低時，測試軟件繼承上一個數據一段時間，然后等待數據更新。

圖4 重選問題信令截圖

從整體原因來看，影響NB-IoT終端測試重選不及時的主要原因為網絡參數設置，默認設置SIB消息下發周期、小區重選遲滯值、同頻重選時間等重選相關參數均設置較大，終端較難從主服小區重選至目標小區。

表2 優化前后參數對比

（3）測試驗證

經過網絡參數修改及鼎利軟件設置修改，對某市NB-IoT網絡連片區域進行驗證，拉網驗證綜合覆蓋率提升明顯，平均提升5.7%；SINR提升在1db左右。詳見下表：

表3 優化前后表格對比

表4 優化前后重選業務表格對比

由于重選不及時導致的SINR質差問題路段，修改后解決效果明顯。依舊存在少部分SINR質差路段，這是由于RSRP覆蓋較弱導致。

優化前后主要指標對比：

圖5 優化前后RSRP對比

圖6 優化前后SINR對比

從上面可以看出，修改重選參數并優化后，全網路測的覆蓋率得到明顯提升，從79.37%上升到85.71%，RSRP和SINR也得到明顯提升。

4 總結

通過研究NB-IoT移動性管理機制，總結輸出了NB-IoT重選業務優化方法。SIB消息下發周期、小區重選遲滯值、同頻重選時間等重選相關參數對重選性能影響較大，通過優化重選參數加快終端重選速度，提升了NB-IoT整體網絡性能。